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        “十三五”期間海寧鹽官下河水源地水質(zhì)監(jiān)測及其健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

        2022-10-09 07:12:52范雪毅季耀波彭孔曙陳李慶陳新樂賈文超李偉東
        關(guān)鍵詞:鹽官下河水源地

        范雪毅,季耀波,彭孔曙,陳李慶,陳新樂,賈文超,李偉東,劉 奇

        (1. 杭州師范大學(xué)錢江學(xué)院,浙江 杭州 310018; 2. 杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,浙江 杭州 311121;3. 中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310014; 4. 海寧市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站,浙江 嘉興 314400)

        水是人類賴以生存的基本要素,水的可持續(xù)利用關(guān)系國計(jì)民生.我國人均淡水占有量僅約為世界人均占有量的1/4.我國政府已把解決水污染問題放到了突出位置[1-3],各地政府加強(qiáng)了對水環(huán)境的整治力度,但水污染形勢依舊嚴(yán)峻[2,4].“十三五”時期是加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵階段,也是水源地水環(huán)境保護(hù)的攻堅(jiān)階段.

        海寧市位于杭嘉湖平原,地形狹長,河道坡降平緩,水體的水動力條件差且自凈能力弱,環(huán)境容量相對較小[4].近年來海寧市通過大力推進(jìn)水質(zhì)監(jiān)測評價(jià)、水源地環(huán)境整治等一系列措施,使區(qū)域內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量有所改善[5],但農(nóng)業(yè)面源污染問題依舊突出.鹽官下河是海寧市生活飲用水水源地,其水環(huán)境質(zhì)量直接影響區(qū)域內(nèi)居民的飲用水安全,關(guān)系公眾健康.開展水環(huán)境監(jiān)測評價(jià)不僅可為綜合規(guī)劃和管理區(qū)域水資源提供依據(jù),而且是保障和有效控制飲用水健康風(fēng)險(xiǎn)的重要抓手[6].本研究在對鹽官下河水質(zhì)檢測基礎(chǔ)上,采用單因子評價(jià)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價(jià)法開展水質(zhì)評價(jià),同時借鑒美國國家環(huán)境保護(hù)署(USEPA)推薦的非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)模型,進(jìn)行飲用水水源地健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià).通過分析該流域“十三五”期間水質(zhì)狀況,為其后續(xù)水環(huán)境綜合整治提供依據(jù).

        1 研究方法

        1.1 監(jiān)測斷面與水樣采集

        1.1.1 監(jiān)測斷面設(shè)置

        依據(jù)海寧市環(huán)境監(jiān)測站提供的鹽官下河飲用水源地流域情況,經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),流域水體以農(nóng)業(yè)面源污染的影響為主,同時伴有上游來水污染、區(qū)域內(nèi)少量企業(yè)排污和區(qū)域內(nèi)河道交匯支流水體的影響.為此在河流上、中、下游共設(shè)3個主要河流地表水監(jiān)測斷面,分別為杭申公路橋(1#,上游縣市交匯斷面)、泰山橋(2#,中間河道交匯斷面)和鹽官樞紐(3#,下游清潔斷面),如圖1所示.

        圖1 鹽官下河流域監(jiān)測位點(diǎn)示意圖Fig.1 Schematic diagram of monitoring sites in the Yanguanxia River

        1.1.2 斷面水樣采集

        斷面水樣采集于2016年1月—2020年12月,每月采集1次.采樣時在1#、2#和3#3個監(jiān)測斷面水面左右兩邊明顯水流處設(shè)置2條垂線(河面寬度超過50 m),并在斷面采樣垂線處水面下0.5 m處取水(河道水深小于5 m).當(dāng)2條斷面垂線水樣采集后,立即混合制成斷面綜合水樣.

        1.2 水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

        水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)及方法按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002),選取溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、生化需氧量(BOD5)、高錳酸鹽指數(shù)(COD)5項(xiàng)反映流域水質(zhì)狀況的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測分析.水質(zhì)分析時每個斷面的綜合水樣均做3份平行樣,經(jīng)狄克遜檢驗(yàn)法驗(yàn)算,滿足顯著性水平小于5%后,取平均值為水質(zhì)檢測數(shù)值.水質(zhì)指標(biāo)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)開展評價(jià).

        1.3 評價(jià)方法

        1.3.1 水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)方法

        針對鹽官下河3個監(jiān)測斷面水質(zhì)DO、NH3-N、TP、BOD5、COD共5項(xiàng)指標(biāo),分別采用單因子評價(jià)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價(jià)法對鹽官下河水域的水質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià).

        1.3.1.1 單因子評價(jià)法

        單因子評價(jià)法是將各監(jiān)測指標(biāo)的實(shí)測值與國家規(guī)定的相應(yīng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行對比來確定每項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)類別,以最差指標(biāo)的水質(zhì)類別作為水質(zhì)評價(jià)結(jié)果的方法[7-9].

        Ci=Cip/Si,

        式中,Ci為水體中i類污染物的相對污染指數(shù);Cip為在監(jiān)測點(diǎn)p處污染物的實(shí)際濃度值;Si為i類污染物的標(biāo)準(zhǔn)值或參考值[10].

        1.3.1.2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價(jià)法

        內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價(jià)法是根據(jù)水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測值和標(biāo)準(zhǔn)值,分別計(jì)算內(nèi)梅羅污染指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)指數(shù),與相應(yīng)的等級標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)對照后得到評價(jià)等級的方法[11-13].

        式中,Pj為第j種用途的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù),j=1,2,3,…,m.Fmax為Cip/Si中最大的一項(xiàng),i=1,2,3,…,m;Cip為在監(jiān)測點(diǎn)p處污染物的實(shí)際濃度值;Si為i類污染物的標(biāo)準(zhǔn)值或參考值.F′為權(quán)重最大的污染物對應(yīng)的F值[14].

        1.3.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法

        典型的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型包括吸入、食入和體外皮膚接觸3種途徑的健康風(fēng)險(xiǎn)危害評價(jià).本研究采用美國國家環(huán)境保護(hù)署(USEPA)推薦的食入化學(xué)物非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型[15]:

        1.4 水質(zhì)評價(jià)等級劃分

        單因子評價(jià)法以最差指標(biāo)的水質(zhì)類別作為水質(zhì)評價(jià)結(jié)果.Ci<1表示流域水體未受到污染,水體清潔;Ci≥1表示水體受到污染,未達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);Ci數(shù)值越大表示流域水體受污染越嚴(yán)重.內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價(jià)法根據(jù)內(nèi)梅羅標(biāo)準(zhǔn)污染指數(shù)結(jié)果劃分水質(zhì)類別,Pj<0.55表示水質(zhì)清潔,未受到污染;0.55≤Pj<0.69表示水質(zhì)較清潔;0.69≤Pj<1.00表示水體受到輕微污染;1.00≤Pj<3.53表示水質(zhì)受到中度污染;Pj≥3.53表示水質(zhì)受到嚴(yán)重污染.

        2 結(jié)果與討論

        2.1 水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)結(jié)果

        2.1.1 單因子評價(jià)結(jié)果

        經(jīng)狄克遜檢驗(yàn)法校驗(yàn)滿足顯著性差異小于5%的鹽官下河流域“十三五”期間(2016—2020年),3個斷面綜合水樣的DO、NH3-N、TP、BOD5和COD共5個水質(zhì)指標(biāo)對照Ⅲ類水對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值Si,計(jì)算出該污染物的相對污染指數(shù)Ci,結(jié)果見表1.

        表1 2016—2020年各斷面各污染物的相對污染指數(shù)Tab.1 Relative pollution indexes of pollutants at each section from 2016 to 2020

        由表2可知,在“十三五”期間,1#斷面的NH3-N、TP、BOD5雖出現(xiàn)不同程度的超標(biāo)情況,但水質(zhì)趨于逐年改善.其中,NH3-N、BOD5和TP污染指數(shù)分別由1.571、1.269和1.307降至0.828、0.923和1.192,水質(zhì)提升.2#斷面除2016年有超標(biāo)外,其他年份各項(xiàng)指標(biāo)均滿足地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn).其中,DO污染指數(shù)由1.078降至0.401;NH3-N污染指數(shù)由1.496下降為0.148,下降幅度高達(dá)90.1%;TP污染指數(shù)由1.216降至0.742;BOD5污染指數(shù)由1.346變?yōu)?.681.3#斷面除2016年存在NH3-N和BOD5輕微超標(biāo)情況,其他指標(biāo)均達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn).其中,NH3-N污染指數(shù)由1.105降至0.329,下降幅度達(dá)70.2%;BOD5污染指數(shù)由1.071降至0.836.結(jié)果表明,“十三五”期間,海寧在強(qiáng)化區(qū)域農(nóng)業(yè)面源管理后,各斷面污染情況均有好轉(zhuǎn),NH3-N指標(biāo)尤為明顯,污染指數(shù)降幅均高于45%,水環(huán)境質(zhì)量狀況明顯提升.

        2.1.2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評價(jià)結(jié)果

        1#斷面和2#斷面各水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);2#斷面和3#斷面各水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);監(jiān)測期間的水質(zhì)數(shù)據(jù)符合統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.利用內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價(jià)法公式分別計(jì)算2016—2020年3個斷面每年的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)Pj,并根據(jù)污染等級劃分標(biāo)準(zhǔn),劃分出相應(yīng)的污染等級和每個斷面每年的污染狀況,結(jié)果見圖2.

        由圖2可知,2016—2020年鹽官下河流域1#、2#和3#斷面的Pj值總體呈下降趨勢,水環(huán)境質(zhì)量均有不同程度的提高.其中,1#斷面雖到2020年水質(zhì)仍處于中度污染狀態(tài),但5年來水質(zhì)日漸改善,Pj值由1.445降至1.192,下降幅度為17.5%;2#斷面的Pj值由1.363降至0.759,下降幅度為44.3%,由中度污染轉(zhuǎn)為輕度污染;3#斷面的Pj值由1.049降至0.798,下降幅度為23.9%,由中度污染轉(zhuǎn)為輕度污染.從各斷面Pj均值來看,1#斷面水質(zhì)污染最嚴(yán)重,其次是3#斷面,2#斷面水質(zhì)污染程度最小.結(jié)果表明,“十三五”期間鹽官下河河段下游水環(huán)境質(zhì)量相對上游有提升,污染指數(shù)逐年下降,整體水環(huán)境質(zhì)量改善較為明顯,但仍需繼續(xù)強(qiáng)化水環(huán)境治理工作.

        圖2 2016—2020年各斷面內(nèi)梅羅污染指數(shù)Fig.2 Nemerow pollution index of each section from 2016 to 2020

        綜上所述,兩種評價(jià)方法均表明1#斷面水環(huán)境污染最為突出,但鹽官下河整體水環(huán)境質(zhì)量明顯改善.1#斷面水質(zhì)較差主要是因?yàn)榱饔騼?nèi)工業(yè)化水平相對較高,農(nóng)業(yè)面源污染、少量企業(yè)排污及河道上游過境水環(huán)境質(zhì)量較差等因素破壞了鹽官下河上游水環(huán)境[18].單因子評價(jià)法的結(jié)果表明,截至2020年,除1#斷面的TP相對污染指數(shù)超標(biāo)外,其他指標(biāo)均已達(dá)到Ⅲ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).TP超標(biāo)主要原因在于農(nóng)村面源污染問題依舊突出.內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價(jià)法表明,截至2020年,1#斷面仍處于中度污染水平,且年際間水環(huán)境治理效果并不顯著.今后需加大對1#斷面的治理力度,尤其是TP污染物的治理,探索長效管理機(jī)制,以便進(jìn)一步改善水質(zhì)[19].

        2.2 水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

        按照健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)計(jì)算公式,假定以區(qū)域人均壽命80歲、人均體質(zhì)量60 kg、日飲水量2 L計(jì),在計(jì)算鹽官下河水源地水質(zhì)指標(biāo)的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果基礎(chǔ)上,將鹽官下河水源地各監(jiān)測斷面的水質(zhì)指標(biāo)非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)值繪制成圖3,同時水質(zhì)污染物所致健康危害的個人致癌風(fēng)險(xiǎn)可接受最大值采用國際輻射防護(hù)委員會(ICRP)推薦的5.00×10-6/a標(biāo)準(zhǔn)開展健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià).

        圖3 2016—2020年鹽官下河各斷面健康風(fēng)險(xiǎn)值Fig.3 Health risk values of Yanguanxia River sections from 2016 to 2020

        “十三五”期間,鹽官下河單項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的非致癌物通過飲水途徑的健康風(fēng)險(xiǎn)為9.83×10-11/a~1.55×10-9/a.各單項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)中,TP的健康風(fēng)險(xiǎn)為6.35×10-10/a ~1.55×10-9/a,3個斷面的平均風(fēng)險(xiǎn)值分別為1.40×10-9/a、8.37×10-10/a和9.76×10-10/a,其中1#斷面最高(1.55×10-9/a),2#斷面最低(6.35×10-10/a).NH3-N的健康風(fēng)險(xiǎn)為6.10×10-11/a ~6.75×10-10/a,3個斷面的平均風(fēng)險(xiǎn)值分別為4.63×10-10/a、2.10×10-10/a和3.31×10-10/a,其中1#斷面最高(6.75×10-10/a),2#斷面最低(6.10×10-11/a).COD的健康風(fēng)險(xiǎn)為9.83×10-11/a ~1.43×10-10/a,3個斷面的平均風(fēng)險(xiǎn)值為1.29×10-10/a、1.12×10-10/a和1.08×10-10/a,其中1#斷面最高(1.43×10-10/a),3#斷面最低(9.83×10-11/a).全流域總健康風(fēng)險(xiǎn)值為7.94×10-10/a ~2.37×10-9/a,平均為1.52×10-9/a.

        此外,在非致癌物總健康風(fēng)險(xiǎn)值中,TP指標(biāo)占比最大(超過70%),其次是NH3-N指標(biāo),COD指標(biāo)最小.可見造成水體富營養(yǎng)化的氮、磷污染物也是飲用水主要的健康風(fēng)險(xiǎn)源.因此,對富營養(yǎng)化指標(biāo)較高的水源地需要重點(diǎn)關(guān)注TP和NH3-N指標(biāo)的控制以降低健康風(fēng)險(xiǎn)水平[20].整體而言,“十三五”期間鹽官下河水水源地的健康風(fēng)險(xiǎn)值低于國際組織推薦的標(biāo)準(zhǔn),風(fēng)險(xiǎn)水平呈現(xiàn)下降趨勢,飲用水水源地的健康風(fēng)險(xiǎn)較小,但仍需重點(diǎn)關(guān)注TP和NH3-N等水體富營養(yǎng)化指標(biāo)的管理,確保飲用水源地水質(zhì)的健康風(fēng)險(xiǎn).

        3 結(jié)論

        1)單因子評價(jià)結(jié)果表明,“十三五”期間,NH3-N和TP為鹽官下河的主要污染物,各監(jiān)測斷面均存在不同程度的污染.5年內(nèi),除1#斷面TP仍未達(dá)標(biāo)外,水質(zhì)監(jiān)測1#斷面、2#斷面和3#斷面的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均滿足Ⅲ類水質(zhì)要求,其中3個斷面的NH3-N污染指數(shù)分別由1.571、1.496、1.105降至0.828、0.148、0.329,流域水環(huán)境質(zhì)量有所改善.

        2)內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價(jià)結(jié)果表明,“十三五”期間鹽官下河河段整體水環(huán)境質(zhì)量改善明顯,其中1#斷面、2#斷面和3#斷面的Pj值分別由1.445、1.363、1.049降至1.192、0.759、0.798.2#斷面和3#斷面水環(huán)境質(zhì)量由中度污染降至輕度污染,1#斷面水質(zhì)雖有改善,仍處于中度污染.雖然流域總體水質(zhì)有所提高,但農(nóng)業(yè)面源管理和減排工作仍需加強(qiáng).

        3)水質(zhì)非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果表明,3個斷面的平均風(fēng)險(xiǎn)值分別是1.29×10-10/a、1.12×10-10/a和1.08×10-10/a,其中1#斷面最高,3#斷面最低.全流域總的健康風(fēng)險(xiǎn)值平均為1.52×10-9/a.鹽官下河流域水源地水質(zhì)健康風(fēng)險(xiǎn)低于國際輻射防護(hù)委員會(ICRP)推薦的標(biāo)準(zhǔn),但仍需加強(qiáng)氮、磷等水體富營養(yǎng)化物質(zhì)的控制,以期進(jìn)一步降低飲用水源地健康風(fēng)險(xiǎn).

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